Betydningen av de lyse og mørke fasene av fotosyntesen. Lett fase av fotosyntesen

Hvordan blir energien til sollys i de lyse og mørke fasene av fotosyntesen omdannet til energien til kjemiske bindinger av glukose? Forklar svaret.

Svar

I lysfasen av fotosyntesen omdannes energien til sollys til energien til eksiterte elektroner, og deretter omdannes energien til eksiterte elektroner til energien til ATP og NADP-H2. I den mørke fasen av fotosyntesen omdannes energien til ATP og NADP-H2 til energien til kjemiske bindinger av glukose.

Hva skjer under lysfasen av fotosyntesen?

Svar

Klorofyllelektronene, begeistret av lysets energi, går langs elektrontransportkjedene, deres energi er lagret i ATP og NADP-H2. Fotolyse av vann skjer, oksygen frigjøres.

Hva er hovedprosessene som finner sted i den mørke fasen av fotosyntesen?

Svar

Fra karbondioksid oppnådd fra atmosfæren og hydrogen oppnådd i den lette fasen, dannes glukose på grunn av energien til ATP oppnådd i den lette fasen.

Hva er funksjonen til klorofyll i en plantecelle?

Svar

Klorofyll er involvert i prosessen med fotosyntese: i lysfasen absorberer klorofyll lys, klorofyllelektronet mottar lysenergi, bryter av og går langs elektrontransportkjeden.

Hvilken rolle spiller klorofyllelektroner i fotosyntesen?

Svar

Klorofyllelektroner, opphisset av sollys, passerer gjennom elektrontransportkjeder og gir fra seg energien til dannelsen av ATP og NADP-H2.

På hvilket stadium av fotosyntesen produseres fritt oksygen?

Svar

I lysfasen, under fotolyse av vann.

I hvilken fase av fotosyntesen skjer ATP-syntese?

Svar

lett fase.

Hva er kilden til oksygen under fotosyntesen?

Svar

Vann (oksygen frigjøres under fotolyse av vann).

Hastigheten av fotosyntese avhenger av begrensende (begrensende) faktorer, blant annet lys, karbondioksidkonsentrasjon, temperatur. Hvorfor er disse faktorene begrensende for fotosyntesereaksjoner?

Svar

Lys er nødvendig for eksitasjon av klorofyll, det gir energi til prosessen med fotosyntese. Karbondioksid er nødvendig i den mørke fasen av fotosyntesen; glukose syntetiseres fra den. En endring i temperaturen fører til denaturering av enzymer, reaksjonene av fotosyntese bremses ned.

I hvilke metabolske reaksjoner i planter er karbondioksid det opprinnelige stoffet for syntese av karbohydrater?

Svar

i reaksjonene til fotosyntesen.

I bladene til planter fortsetter prosessen med fotosyntese intensivt. Forekommer det i modne og umodne frukter? Forklar svaret.

Svar

Fotosyntesen foregår i de grønne delene av planter som er eksponert for lys. Dermed oppstår fotosyntese i huden til grønne frukter. Inne i frukten og i skallet til modne (ikke grønne) frukter, forekommer ikke fotosyntese.

Som navnet tilsier, er fotosyntese i hovedsak en naturlig syntese av organiske stoffer, som omdanner CO2 fra atmosfæren og vann til glukose og fritt oksygen.

Dette krever tilstedeværelse av solenergi.

Den kjemiske ligningen for fotosynteseprosessen kan generelt representeres som følger:

Fotosyntesen har to faser: mørk og lys. De kjemiske reaksjonene i den mørke fasen av fotosyntesen skiller seg betydelig fra reaksjonene i den lyse fasen, men den mørke og lyse fasen av fotosyntesen er avhengig av hverandre.

Lysfasen kan forekomme i planteblader utelukkende i sollys. For en mørk en er tilstedeværelsen av karbondioksid nødvendig, og det er grunnen til at planten må absorbere det fra atmosfæren hele tiden. Alle komparative egenskaper for de mørke og lyse fasene av fotosyntesen vil bli gitt nedenfor. For dette ble det laget en sammenlignende tabell "Faser av fotosyntese".

Lett fase av fotosyntesen

Hovedprosessene i lysfasen av fotosyntesen skjer i thylakoidmembraner. Det involverer klorofyll, elektronbærerproteiner, ATP-syntetase (et enzym som fremskynder reaksjonen) og sollys.

Videre kan reaksjonsmekanismen beskrives som følger: når sollys treffer de grønne bladene til planter, eksiteres klorofyllelektroner (negativ ladning) i deres struktur, som etter å ha byttet til en aktiv tilstand forlater pigmentmolekylet og ender opp på ytre side av thylakoid, hvis membran også er negativt ladet. Samtidig blir klorofyllmolekyler oksidert og allerede oksidert blir de restaurert, og tar dermed bort elektroner fra vannet som er i bladstrukturen.

Denne prosessen fører til det faktum at vannmolekyler brytes ned, og ionene som dannes som et resultat av fotolyse av vann, donerer elektronene sine og blir til slike OH-radikaler som er i stand til å utføre ytterligere reaksjoner. Videre kombineres disse reaktive OH-radikalene, og skaper fullverdige vannmolekyler og oksygen. I dette tilfellet frigjøres fritt oksygen til det ytre miljøet.

Som et resultat av alle disse reaksjonene og transformasjonene er bladthylakoidmembranen positivt ladet på den ene siden (på grunn av H + ion), og på den andre negativt (på grunn av elektroner). Når forskjellen mellom disse ladningene på de to sidene av membranen når mer enn 200 mV, passerer protoner gjennom spesielle kanaler av ATP-syntetaseenzymet og på grunn av dette omdannes ADP til ATP (som et resultat av fosforyleringsprosessen). Og atomært hydrogen, som frigjøres fra vann, gjenoppretter den spesifikke bæreren NADP + til NADP H2. Som du kan se, som et resultat av lysfasen av fotosyntesen, oppstår tre hovedprosesser:

1. ATP syntese;
2. opprettelse av NADP H2;
3. dannelse av fritt oksygen.

Sistnevnte slippes ut i atmosfæren, og NADP H2 og ATP deltar i den mørke fasen av fotosyntesen.

Mørk fase av fotosyntesen

De mørke og lyse fasene av fotosyntesen er preget av et stort energiforbruk fra plantens side, men den mørke fasen går raskere og krever mindre energi. Mørkefasereaksjoner krever ikke sollys, så de kan oppstå dag eller natt.

Alle hovedprosessene i denne fasen finner sted i stromaen til plantens kloroplast og representerer en slags kjede av suksessive transformasjoner av karbondioksid fra atmosfæren. Den første reaksjonen i en slik kjede er fiksering av karbondioksid. For å få det til å gå jevnere og raskere, ga naturen enzymet RiBP-karboksylase, som katalyserer fikseringen av CO2.

Deretter oppstår en hel syklus av reaksjoner, hvis fullføring er omdannelsen av fosfoglyserinsyre til glukose (naturlig sukker). Alle disse reaksjonene bruker energien til ATP og NADP H2, som ble skapt i lysfasen av fotosyntesen. I tillegg til glukose dannes det også andre stoffer som følge av fotosyntesen. Blant dem er forskjellige aminosyrer, fettsyrer, glyserol, samt nukleotider.

Fotosyntesefaser: sammenligningstabell

Sammenligningskriterier	lett fase	Mørk fase
sollys	Påbudt, bindende	Ikke obligatorisk
Plassering av reaksjoner	Kloroplast grana	Kloroplaststroma
Avhengighet av energikilden	Avhenger av sollys	Avhenger av ATP og NADP H2 dannet i lysfasen og av mengden CO2 fra atmosfæren
utgangsmaterialer	Klorofyll, elektronbærerproteiner, ATP-syntetase	Karbondioksid
Essensen av fasen og det som dannes	Fri O2 frigjøres, ATP og NADP H2 dannes	Dannelse av naturlig sukker (glukose) og absorpsjon av CO2 fra atmosfæren

Fotosyntese - video

Mer presist er karbondioksid (CO 2 ) bundet i den mørke fasen.

Denne prosessen er flertrinn, i naturen er det to hovedmåter: C 3 -fotosyntese og C 4 -fotosyntese. Den latinske bokstaven C betegner et karbonatom, tallet etter det er antallet karbonatomer i det primære organiske produktet av den mørke fasen av fotosyntesen. Når det gjelder C 3-veien, regnes således tre-karbon fosfoglyserinsyre, referert til som FHA, som primærproduktet. Når det gjelder C 4-banen, er den første organiske forbindelsen i bindingen av karbondioksid fire-karbon oksaleddiksyre (oksaloacetat).

C 3-fotosyntese kalles også Calvin-syklusen, etter vitenskapsmannen som studerte den. C 4 -fotosyntese inkluderer Calvin-syklusen, men den består ikke bare av den og kalles Hatch-Slack-syklusen. På tempererte breddegrader er C 3-planter vanlige, på tropiske breddegrader - C 4 .

De mørke reaksjonene av fotosyntesen finner sted i kloroplastens stroma.

Calvin syklus

Den første reaksjonen i Calvin-syklusen er karboksylering av ribulose-1,5-bisfosfat (RiBP). Karboksylering- dette er tilsetning av et CO 2 -molekyl, som resulterer i dannelsen av en karboksylgruppe -COOH. RiBP er en ribose (femkarbon sukker) der fosfatgrupper (dannet av fosforsyre) er festet til de terminale karbonatomene:

Kjemisk formel for RiBF

Reaksjonen katalyseres av enzymet ribulose-1,5-bisfosfat-karboksylase-oksygenase ( RubisCO). Det kan katalysere ikke bare bindingen av karbondioksid, men også oksygen, som indikert av ordet "oksygenase" i navnet. Hvis RuBisCO katalyserer reaksjonen av oksygentilsetning til substratet, fortsetter den mørke fasen av fotosyntesen ikke lenger langs banen til Calvin-syklusen, men langs banen fotorespirasjon, som i prinsippet er skadelig for planten.

Katalysen av tilsetning av CO 2 til RiBP skjer i flere trinn. Som et resultat dannes en ustabil seks-karbon organisk forbindelse, som umiddelbart brytes ned til to tre-karbon molekyler. fosfoglyserinsyre(FGK).

Kjemisk formel for fosfoglyserinsyre

Videre blir FGK, i flere enzymatiske reaksjoner som finner sted med forbruk av ATP-energi og den reduserende kraften til NADP H 2, til fosfoglyseraldehyd (PGA), også kalt triosefosfat.

En mindre del av PHA forlater Calvin-syklusen og brukes til syntese av mer komplekse organiske stoffer, som glukose. Det kan på sin side polymerisere til stivelse. Andre stoffer (aminosyrer, fettsyrer) dannes ved deltakelse av ulike utgangsstoffer. Slike reaksjoner observeres ikke bare i planteceller. Derfor, hvis vi anser fotosyntese som et unikt fenomen av celler som inneholder klorofyll, ender det med syntesen av PHA, og ikke glukose.

De fleste av PHA-molekylene forblir i Calvin-syklusen. En rekke transformasjoner finner sted med det, som et resultat av at PHA blir til RiBF. Den bruker også energien til ATP. Dermed blir RiBP regenerert for å binde nye karbondioksidmolekyler.

Hatch-Slack syklus

Hos mange planter i varme habitater er den mørke fasen av fotosyntesen noe mer kompleks. I evolusjonsprosessen dukket C 4-fotosyntese opp som en mer effektiv måte å fange karbondioksid på, da mengden oksygen i atmosfæren økte, og RuBisCO begynte å bli kastet bort på ineffektiv fotorespirasjon.

Det er to typer fotosyntetiske celler i C 4-planter. I kloroplastene i bladmesofyllet oppstår den lyse fasen av fotosyntesen og en del av den mørke fasen, nemlig bindingen av CO 2 med fosfoenolpyruvat(FEP). Som et resultat dannes en fire-karbon organisk syre. Videre transporteres denne syren til kloroplastene i cellene som forer den ledende bunten. Her spaltes et CO 2 -molekyl enzymatisk fra det, som deretter går inn i Calvin-syklusen. Trekarbonsyren som er igjen etter dekarboksylering - pyruvic- går tilbake til mesofyllcellene, hvor det igjen blir til FEP.

Selv om Hatch-Slack-syklusen er en mer energikrevende variant av den mørke fasen av fotosyntesen, er enzymet som binder CO 2 og PEP en mer effektiv katalysator enn RuBisCO. I tillegg reagerer det ikke med oksygen. Transporten av CO2 ved hjelp av en organisk syre til dypere celler, som tilførselen av oksygen hindres til, fører til en økning i konsentrasjonen av karbondioksid her, og RuBisCO brukes nesten ikke på binding av molekylært oksygen.

Hvordan forklare en så kompleks prosess som fotosyntese, kort og tydelig? Planter er de eneste levende organismene som kan produsere sin egen mat. Hvordan gjør de det? For vekst mottar de alle nødvendige stoffer fra miljøet: karbondioksid - fra luften, vannet og - fra jorda. De trenger også energi fra sollys. Denne energien utløser visse kjemiske reaksjoner der karbondioksid og vann omdannes til glukose (næring) og fotosyntese er. Kort og tydelig kan essensen av prosessen forklares selv for barn i skolealder.

"Sammen med lyset"

Ordet "fotosyntese" kommer fra to greske ord - "foto" og "syntese", en kombinasjon som i oversettelse betyr "sammen med lys". Solenergien omdannes til kjemisk energi. Kjemisk ligning for fotosyntese:

6CO 2 + 12H 2 O + lys \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

Dette betyr at 6 karbondioksidmolekyler og tolv vannmolekyler brukes (sammen med sollys) for å produsere glukose, noe som resulterer i seks oksygenmolekyler og seks vannmolekyler. Hvis vi representerer dette i form av en verbal ligning, får vi følgende:

Vann + sol => glukose + oksygen + vann.

Solen er en veldig kraftig energikilde. Folk prøver alltid å bruke den til å generere strøm, isolere hus, varme opp vann og så videre. Planter "fant ut" hvordan de skulle bruke solenergi for millioner av år siden fordi det var nødvendig for deres overlevelse. Fotosyntese kan kort og tydelig forklares som følger: planter bruker solenergien og konverterer den til kjemisk energi, resultatet av dette er sukker (glukose), hvis overskudd lagres som stivelse i bladene, røttene, stilkene og frø av planten. Solens energi overføres til plantene, så vel som til dyrene som disse plantene spiser. Når en plante trenger næringsstoffer for vekst og andre livsprosesser, er disse reservene svært nyttige.

Hvordan absorberer planter solenergi?

Når vi snakker om fotosyntese kort og tydelig, er det verdt å berøre spørsmålet om hvordan planter klarer å absorbere solenergi. Dette skyldes den spesielle strukturen til bladene, som inkluderer grønne celler - kloroplaster, som inneholder et spesielt stoff som kalles klorofyll. Dette er det som gir bladene deres grønne farge og er ansvarlig for å absorbere energien fra sollys.

Hvorfor er de fleste bladene brede og flate?

Fotosyntese foregår i bladene til planter. Det overraskende faktum er at planter er veldig godt tilpasset til å fange sollys og absorbere karbondioksid. På grunn av den brede overflaten vil mye mer lys fanges opp. Det er av denne grunn at solcellepaneler, som noen ganger er installert på hustak, også er brede og flate. Jo større overflate, jo bedre absorbsjon.

Hva annet er viktig for planter?

Akkurat som mennesker trenger også planter næringsstoffer og næringsstoffer for å holde seg sunne, vokse og prestere godt. De får mineraler oppløst i vann fra jorda gjennom røttene. Hvis jorda mangler mineralnæring, vil ikke planten utvikle seg normalt. Bønder tester ofte jorda for å sikre at den har nok næringsstoffer for avlingsvekst. Ellers ty til bruk av gjødsel som inneholder essensielle mineraler for plantenæring og vekst.

Hvorfor er fotosyntese så viktig?

For å forklare fotosyntese kort og tydelig for barn, er det verdt å nevne at denne prosessen er en av de viktigste kjemiske reaksjonene i verden. Hva er årsakene til en så høylytt uttalelse? For det første mater fotosyntesen planter, som igjen mater alle andre levende ting på planeten, inkludert dyr og mennesker. For det andre, som et resultat av fotosyntesen, frigjøres oksygen som er nødvendig for respirasjon, til atmosfæren. Alle levende ting puster inn oksygen og puster ut karbondioksid. Heldigvis gjør planter det motsatte, og derfor er de veldig viktige for mennesker og dyr å puste.

Utrolig prosess

Planter, viser det seg, vet også hvordan de skal puste, men i motsetning til mennesker og dyr absorberer de karbondioksid fra luften, ikke oksygen. Planter drikker også. Det er derfor du må vanne dem, ellers dør de. Ved hjelp av rotsystemet transporteres vann og næring til alle deler av plantekroppen, og karbondioksid tas opp gjennom små hull i bladene. Utløseren for å starte en kjemisk reaksjon er sollys. Alle de resulterende metabolske produktene brukes av planter til ernæring, oksygen frigjøres i atmosfæren. Slik kan du kort og tydelig forklare hvordan prosessen med fotosyntese foregår.

Fotosyntese: lyse og mørke faser av fotosyntesen

Prosessen som vurderes består av to hoveddeler. Det er to faser av fotosyntesen (beskrivelse og tabell - nedenfor). Den første kalles lysfasen. Det forekommer bare i nærvær av lys i thylakoidmembraner med deltakelse av klorofyll, elektronbærerproteiner og enzymet ATP-syntetase. Hva mer skjuler fotosyntesen? Lys og erstatt hverandre når dag og natt kommer på (Calvin-sykluser). Under den mørke fasen skjer produksjonen av samme glukose, mat for planter. Denne prosessen kalles også den lysuavhengige reaksjonen.

lett fase

mørk fase

1. Reaksjoner som oppstår i kloroplaster er bare mulig i nærvær av lys. Disse reaksjonene konverterer lysenergi til kjemisk energi. 2. Klorofyll og andre pigmenter absorberer energi fra sollys. Denne energien overføres til fotosystemene som er ansvarlige for fotosyntesen. 3. Vann brukes til elektroner og hydrogenioner, og deltar også i produksjonen av oksygen 4. Elektroner og hydrogenioner brukes til å lage ATP (energilagringsmolekyl), som trengs i neste fase av fotosyntesen

1. Reaksjoner av av-lys-syklusen forekommer i stroma av kloroplaster 2. Karbondioksid og energi fra ATP brukes i form av glukose

Konklusjon

Fra alt det ovennevnte kan følgende konklusjoner trekkes:

• Fotosyntese er prosessen som gjør det mulig å hente energi fra solen.
• Solens lysenergi omdannes til kjemisk energi ved hjelp av klorofyll.
• Klorofyll gir plantene deres grønne farge.
• Fotosyntese skjer i kloroplastene til planteblader.
• Karbondioksid og vann er avgjørende for fotosyntesen.
• Karbondioksid kommer inn i planten gjennom små hull, stomata og oksygen kommer ut gjennom dem.
• Vann absorberes inn i planten gjennom røttene.
• Uten fotosyntese ville det ikke vært mat i verden.

- syntese av organiske stoffer fra karbondioksid og vann med obligatorisk bruk av lysenergi:

6CO 2 + 6H 2 O + Q lys → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Hos høyere planter er fotosynteseorganet bladet, fotosyntesens organeller er kloroplaster (strukturen til kloroplaster er forelesning nr. 7). Tylakoidmembranene til kloroplaster inneholder fotosyntetiske pigmenter: klorofyller og karotenoider. Det finnes flere forskjellige typer klorofyll ( a, b, c, d), den viktigste er klorofyll en. I klorofyllmolekylet kan et porfyrin-"hode" med et magnesiumatom i midten og en fytol-"hale" skilles. Porfyrin-"hodet" er en flat struktur, er hydrofilt, og ligger derfor på overflaten av membranen som vender mot stromaens vannmiljø. Fytol-"halen" er hydrofob og holder dermed klorofyllmolekylet i membranen.

Klorofyll absorberer rødt og blåfiolett lys, reflekterer grønt og gir derfor plantene sin karakteristiske grønne farge. Klorofyllmolekyler i thylakoidmembraner er organisert i fotosystemer. Planter og blågrønne alger har fotosystem-1 og fotosystem-2; fotosyntetiske bakterier har fotosystem-1. Bare fotosystem-2 kan bryte ned vann med frigjøring av oksygen og ta elektroner fra hydrogenet til vann.

Fotosyntese er en kompleks flertrinnsprosess; fotosyntesereaksjoner er delt inn i to grupper: reaksjoner lett fase og reaksjoner mørk fase.

lett fase

Denne fasen forekommer bare i nærvær av lys i thylakoidmembraner med deltagelse av klorofyll, elektronbærerproteiner og enzymet ATP-syntetase. Under påvirkning av et kvantum av lys blir klorofyllelektroner begeistret, forlater molekylet og kommer inn på yttersiden av thylakoidmembranen, som til slutt blir negativt ladet. Oksiderte klorofyllmolekyler gjenopprettes ved å ta elektroner fra vannet som ligger i det intratylakoide rommet. Dette fører til nedbrytning eller fotolyse av vann:

H 2 O + Q lys → H + + OH -.

Hydroksylioner donerer elektronene sine og blir til reaktive radikaler. OH:

OH-→.OH + e-.

Radicals.OH kombineres for å danne vann og fritt oksygen:

4NO. → 2H20 + O2.

I dette tilfellet fjernes oksygen til det ytre miljøet, og protoner samler seg inne i tylakoidet i "protonreservoaret". Som et resultat er thylakoidmembranen på den ene siden positivt ladet på grunn av H +, på den andre negativt på grunn av elektroner. Når potensialforskjellen mellom ytre og indre side av tylakoidmembranen når 200 mV, presses protoner gjennom kanalene til ATP-syntetase og ADP blir fosforylert til ATP; atomært hydrogen brukes til å gjenopprette den spesifikke bæreren NADP + (nikotinamidadenindinukleotidfosfat) til NADP H 2:

2H + + 2e - + NADP → NADP H 2.

Således skjer fotolyse av vann i lysfasen, som er ledsaget av tre hovedprosesser: 1) ATP-syntese; 2) dannelsen av NADP·H2; 3) dannelsen av oksygen. Oksygen diffunderer inn i atmosfæren, ATP og NADP·H 2 transporteres til kloroplastens stroma og deltar i prosessene i den mørke fasen.

1 - stroma av kloroplasten; 2 - grana thylakoid.

mørk fase

Denne fasen finner sted i kloroplastens stroma. Reaksjonene krever ikke lysets energi, så de forekommer ikke bare i lyset, men også i mørket. Reaksjonene til den mørke fasen er en kjede av suksessive transformasjoner av karbondioksid (kommer fra luften), som fører til dannelse av glukose og andre organiske stoffer.

Den første reaksjonen i denne kjeden er karbondioksidfiksering; karbondioksidakseptoren er et sukker med fem karbon ribulose bisfosfat(RiBF); enzym katalyserer reaksjonen ribulosebisfosfatkarboksylase(RiBP-karboksylase). Som et resultat av karboksylering av ribulosebisfosfat dannes en ustabil sekskarbonforbindelse, som umiddelbart brytes ned i to molekyler fosfoglyserinsyre(FGK). Deretter er det en syklus av reaksjoner der fosfoglyserinsyre omdannes til glukose gjennom en rekke mellomprodukter. Disse reaksjonene bruker energiene til ATP og NADP·H 2 dannet i lysfasen; Syklusen til disse reaksjonene kalles Calvin-syklusen:

6CO2 + 24H + + ATP → C6H12O6 + 6H2O.

I tillegg til glukose dannes andre monomerer av komplekse organiske forbindelser under fotosyntesen - aminosyrer, glyserol og fettsyrer, nukleotider. For tiden er det to typer fotosyntese: C 3 - og C 4 -fotosyntese.

C 3 -fotosyntese

Dette er en type fotosyntese der tre-karbon (C3) forbindelser er det første produktet. C 3 -fotosyntese ble oppdaget før C 4 -fotosyntese (M. Calvin). Det er C 3 -fotosyntese som er beskrevet ovenfor, under overskriften "Mørk fase". Karakteristiske trekk ved C 3-fotosyntese: 1) RiBP er en akseptor av karbondioksid, 2) RiBP-karboksylase katalyserer RiBP-karboksyleringsreaksjonen, 3) som et resultat av RiBP-karboksylering dannes en sekskarbonforbindelse, som brytes ned til to FHA. FHA er gjenopprettet til triosefosfater(TF). En del av TF brukes til regenerering av RiBP, en del omdannes til glukose.

1 - kloroplast; 2 - peroksisom; 3 - mitokondrier.

Dette er det lysavhengige opptak av oksygen og frigjøring av karbondioksid. Allerede i begynnelsen av forrige århundre fant man at oksygen hemmer fotosyntesen. Som det viste seg, kan ikke bare karbondioksid, men også oksygen være et substrat for RiBP-karboksylase:

O 2 + RiBP → fosfoglykolat (2С) + FHA (3С).

Enzymet kalles RiBP-oksygenase. Oksygen er en konkurrerende hemmer av karbondioksidfiksering. Fosfatgruppen spaltes av og fosfoglykolatet blir til glykolat, som planten må utnytte. Det går inn i peroksisomene, hvor det oksideres til glycin. Glycin kommer inn i mitokondriene, hvor det oksideres til serin, med tap av allerede fiksert karbon i form av CO 2. Som et resultat blir to glykolatmolekyler (2C + 2C) omdannet til én FHA (3C) og CO 2. Fotorespirasjon fører til en reduksjon i utbyttet av C 3 -planter med 30-40 % ( C 3 -planter- planter som er preget av C 3 -fotosyntese).

C 4 -fotosyntese - fotosyntese, der det første produktet er fire-karbon (C 4) forbindelser. I 1965 ble det funnet at i noen planter (sukkerrør, mais, sorghum, hirse) er de første produktene av fotosyntese fire-karbonsyrer. Slike planter kalles Med 4 planter. I 1966 viste de australske forskerne Hatch og Slack at C 4-planter praktisk talt ikke har noen fotorespirasjon og absorberer karbondioksid mye mer effektivt. Banen for karbontransformasjoner i C 4-planter begynte å bli kalt av Hatch-Slack.

C 4 planter er preget av en spesiell anatomisk struktur av bladet. Alle ledende bunter er omgitt av et dobbelt lag med celler: den ytre er mesofyllceller, den indre er foringsceller. Karbondioksid er fiksert i cytoplasmaet til mesofyllceller, akseptoren er fosfoenolpyruvat(PEP, 3C), som et resultat av PEP-karboksylering, dannes oksalacetat (4C). Prosessen er katalysert PEP karboksylase. I motsetning til RiBP-karboksylase har PEP-karboksylase en høy affinitet for CO 2 og, viktigst av alt, interagerer ikke med O 2 . I mesofyllkloroplaster er det mange granae, der reaksjoner av lysfasen aktivt finner sted. I kloroplastene til skjedecellene skjer reaksjoner av den mørke fasen.

Oksaloacetat (4C) omdannes til malat, som transporteres gjennom plasmodesmata til slimhinnecellene. Her dekarboksyleres og dehydreres det for å danne pyruvat, CO 2 og NADP·H 2 .

Pyruvat går tilbake til mesofyllceller og regenererer på bekostning av ATP-energi i PEP. CO 2 fikseres igjen av RiBP-karboksylase med dannelse av FHA. Regenereringen av PEP krever energien til ATP, så det trengs nesten dobbelt så mye energi som ved C 3-fotosyntese.

Viktigheten av fotosyntese

Takket være fotosyntesen absorberes milliarder av tonn karbondioksid fra atmosfæren hvert år, milliarder av tonn oksygen frigjøres; fotosyntese er hovedkilden til dannelsen av organiske stoffer. Ozonlaget er dannet av oksygen, som beskytter levende organismer mot kortbølget ultrafiolett stråling.

Under fotosyntesen bruker et grønt blad bare omtrent 1 % av solenergien som faller på det, produktiviteten er omtrent 1 g organisk materiale per 1 m 2 overflate per time.

Kjemosyntese

Syntesen av organiske forbindelser fra karbondioksid og vann, utført ikke på bekostning av lysenergi, men på bekostning av oksidasjonsenergien til uorganiske stoffer, kalles kjemosyntese. Kjemosyntetiske organismer inkluderer noen typer bakterier.

Nitrifiserende bakterier oksider ammoniakk til salpetersyre, og deretter til salpetersyre (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

jernbakterier konvertere jernholdig jern til oksid (Fe 2+ → Fe 3+).

Svovelbakterier oksider hydrogensulfid til svovel eller svovelsyre (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Som et resultat av oksidasjonsreaksjonene til uorganiske stoffer frigjøres energi, som lagres av bakterier i form av høyenergibindinger av ATP. ATP brukes til syntese av organiske stoffer, som fortsetter på samme måte som reaksjonene i den mørke fasen av fotosyntesen.

Kjemosyntetiske bakterier bidrar til akkumulering av mineraler i jorda, forbedrer jordens fruktbarhet, fremmer rensing av avløpsvann, etc.

Gå til forelesninger №11"Konseptet med metabolisme. Biosyntese av proteiner"

Gå til forelesninger №13"Metoder for deling av eukaryote celler: mitose, meiose, amitose"